この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
規格の自主的な性質の説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、 www.iso.org/iso/foreword.html を参照してください。
この文書は、ナノテクノロジー技術委員会 ISO/TC 229 によって作成されました。
導入
光触媒活性 (PCA) は、定義された条件下で特定の光化学反応を促進する材料の能力の尺度です (ISO 20507:2014, 2.3.31 で定義)さまざまな産業でのナノマテリアルの使用が拡大するにつれて、光（自然光と人工光の両方）の存在下での有害な化学反応の促進による人間の健康と環境への影響の可能性が継続的な懸念となっています。十分なエネルギーを持つ光子の吸収により電子正孔ペアが生成され、これがナノ粒子 (NP) 表面に移動して水および酸素と反応し、非常に反応性の高いラジカルと活性酸素種 (ROS) が形成されます。 TiO 2 、ZnO, WO 3 、CeO 2 、カーボン ナノチューブ、量子ドット、一部の金属 NP などのワイドバンドギャップ材料による ROS の生成は、UV-VIS 光で照射されると酸化ストレスを引き起こし、その結果、生体に有毒な影響を与える可能性があります[ 5] 。したがって、生理学的条件下でナノマテリアル PCA を測定することで、その光毒性の効力を評価することができます。
粒子および表面 PCA 測定のための既存の標準試験方法 (ISO 10676 および ISO 10678 を参照) は、生体適合性のない指示薬として有機色素を使用する一方で、大量の試験容量および/または長い測定時間を必要とするため、光毒性を引き起こすナノマテリアル PCA の測定には直接適用できません。
NADH 酸化の in vitro NP PCA テストは、紫外線 (UV) 光にさらされたときのナノマテリアルの光毒性効力を評価することを目的としています。
1 スコープ
この文書は、生理学的に適切な条件の水性環境に懸濁されたナノ粒子 (NP) の光触媒活性 (PCA) を、紫外線 (UV) 誘発性ニコチン アデニン ジヌクレオチド水和物 (NADH) 酸化を測定することによって測定する方法を規定しています。
この測定は、ナノマテリアルの光毒性の可能性を評価することを目的としています。この方法は、NP 凝集体および凝集体にも適用できます。
2 規範的参照
以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO/TS 80004-1, ナノテクノロジー — 語彙 — Part 1: 基本用語
- ISO/TS 80004-2, ナノテクノロジー — 語彙 — Part 2: ナノオブジェクト
3 用語、定義、記号および略語
この文書の目的上、ISO/TS 80004-1, ISO/TS 80004-2, および以下に記載されている用語と定義が適用されます。
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
3.1 用語と定義
3.1.1
光量計
光子の数を積分または単位時間当たりに測定する方法
3.1.2
触媒活性
指定された測定システムにおける、指定された化学反応の触媒物質の変換率に対応する成分の特性
[出典:ISO 18153:2003, 3.2, 修正済み — 注は削除されました。]
3.1.3
酸化
酸素の獲得、有機基質の水素の喪失、または分子実体からの 1 つまたは複数の電子の喪失を伴う化学反応
3.1.4
NADH等価特異的PCA
PCA は、ナノ粒子の単位重量あたりの NADH 光酸化 (3.1.5) 速度として測定されます。
3.1.5
光酸化
光によって引き起こされる酸化反応
3.2 記号と略語
| DIW | 比抵抗が 18 MΩ cm 以上の脱イオン水 |
| NADH | ニコチンアデニンジヌクレオチド水和物 |
| NaOH | 水酸化ナトリウム |
| 2NB | 2-ニトロベンズアルデヒド |
| NP | ナノ粒子 |
| PB | リン酸緩衝液 |
| PCA | 光触媒活性 |
| ROS | 活性酸素種 |
| ti | トランスイルミネーター |
| TiO2 | 二酸化チタン |
| 紫外線 | 紫外線 |
| 紫外可視 | 紫外線と可視光線 |
| A c ( i , j ) | 各ウェルの トランス イルミネーター UV 照射前のフェノールフタレイン吸光度 ( i = B, C, D, E, F, G, j = 2, 3, 4, …、10, 11) |
| A e ( i , j ) | 各ウェルにおける トランス イルミネーター UV 照射後のフェノールフタレイン吸光度 ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、10, 11) |
| A ( i , j ) | トランスイルミネーター UV への曝露後のフェノールフタレイン吸光度の変化 各ウェルの照射 ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、10, 11) |
| A a | UV前後の全ウェルにわたるフェノールフタレイン吸光度の平均変化 UVトランス イルミネー ターによる照射 |
| C | 試験溶液の希釈系列に対する NP 懸濁液の開始濃度。 310 nm または 365 nm での懸濁液の吸光度（使用する UV に応じて） トランス イルミネーター) は 1.4 < A < 1.6 |
| C ( i , j ) | 各ウェルの光強度補正係数。各ウェルの位置における UV トランス イルミネーターの UV 照射強度の変動を考慮します。 ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、8, 9) |
| I F,0 ( i , j ) | 各ウェルでUV照射前に測定したNADH蛍光強度 ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、8, 9) |
| I 、t ( i 、 j ) | 各ウェルで UV トランス イルミネーターを使用してt 時間の UV 照射後に測定した NADH 蛍光強度 ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、8, 9) |
| k ( i , j ) | 各ウェルにおける見かけの NADH 光酸化速度 (μmol/分で表す) ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、8, 9) |
| λexc | マルチウェルプレートリーダーで蛍光を記録するために使用される励起波長 |
| λems | マルチウェルプレートリーダーで蛍光を記録するために使用される発光波長 |
| Aλ (最大) | 300 nm ～ 800 nm の波長範囲における NP 懸濁液の最大吸光度 |
| λ (最大、TI) | UV トランス イルミネーターが最大の光強度を提供する波長 |
| S ( i , j ) | 各ウェルにおける NADH 蛍光強度対 UV 照射時間の傾き ( i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …、8, 9) |
| S c ( i , j ) | 各ウェルでのトランスイルミネーター光強度の変動を補正したS ( i , j ) |
| b | 線形範囲におけるk app対 NP 濃度の傾き、mmol/min・g の単位で表す |
参考文献
| 1 | ISO 10676, ファインセラミックス（アドバンストセラミックス、アドバンストテクニカルセラミックス） ― 活性酸素生成能の測定による半導体光触媒材料の水質浄化性能試験方法 |
| 2 | ISO 10678, ファインセラミックス (アドバンストセラミックス、アドバンストテクニカルセラミックス) — メチレンブルーの分解による水性媒体中の表面の光触媒活性の測定 |
| 3 | ISO 18153:2003, 体外診断医療機器 — 生体サンプル中の量の測定 — キャリブレーターおよびコントロール物質に割り当てられた酵素の触媒濃度の値の計量学的トレーサビリティ |
| 4 | ISO 20507:2014, ファインセラミックス (アドバンストセラミックス、アドバンストテクニカルセラミックス) — 語彙 |
| 5 | Friehs E.、 AlSalka Y.、 Jonczyk R.、 Lavrentieva A.、 Jochums A.、 Walter J.-G.、 Stahl F.、 Scheper T.、 Bahnemann D. 光触媒に使用されるナノ粒子の毒性、光毒性および殺生物活性。光化学および光生物学ジャーナル C: 光化学レビュー。 2016, 29, pp. 1‒28 |
| 6 | Lee NA, Kim SJ, Park BJ, Yoon HM, Yoon M.、 Chung BH, Song NW 水性懸濁液中のナノ粒子の光触媒活性の多重分析の開発。プトトケム フォトビオール サイエンス2011, 10, pp. 1979‒1982 |
| 7 | Taurozzi JS, Hackley VA, Wiesner MR 生物学的媒体中の二酸化チタンナノ粒子の分散のための標準化されたアプローチ。ナノ毒性学。 2013, 7(4), pp. 389-401 |
| 8 | Gelman A.、 Carlin J.、 Stern H.、 Dunson D.、 Vehtari A.、 Rubin D.ベイジアン データ分析。チャップマン＆ホール/CRC, フロリダ州ボカラトン。第 3 版、2013 年 |
| 9 | Lunn D.、 Spiegelhalter D.、 Thomas A.、 Best N. BUGS プロジェクト: 進化、批評、そして将来の方向性。医学における統計学。 2009, 28(25), pp.3049‒3082 |
| 10 | Koepke A.、 Lafarge T.、 Possolo A.、 Toman B. NIST コンセンサス ビルダー: ユーザー マニュアル。米国国立標準技術研究所、メリーランド州ゲイサーズバーグ。 201 https://consensus.nist.gov/NISTConsensusBuilder-UserManual.pdf から入手可能 |
| 11 | Koepke A.、 Lafarge T.、 Possolo A.、 Toman B. 研究室間研究、主要な比較、およびメタ分析のための合意形成。メトロギア。 2017, 54, (3)、S34–62 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www.iso.org/iso/foreword.html .
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
Introduction
Photocatalytic activity (PCA) is the measure of capacity of a material to promote a specific photochemical reaction under defined conditions (as defined in ISO 20507:2014, 2.3.31). With the expanding use of nanomaterials in various industries, the possible impacts on human health and the environment due to the enhancement of detrimental chemical reactions in the presence of light (both natural and artificial) is an ongoing concern. The absorption of a photon with sufficient energy generates an electron-hole pair that can migrate to the nanoparticle (NP) surface and react with water and oxygen, thus forming extremely reactive radicals and reactive oxygen species (ROS). Generation of the ROS by some wide-bandgap materials, such as TiO2, ZnO, WO3, CeO2, carbon nanotubes, quantum dots and some metal NPs when illuminated by UV-VIS light, can cause oxidative stress, resulting in toxic effects in living organisms[5]. Therefore, measuring the nanomaterial PCA under physiological conditions allows for an assessment of its photo-toxicity potency.
Existing standard test methods for particle and surface PCA measurement (see ISO 10676 and ISO 10678) are not directly applicable to determine nanomaterial PCA leading to photo-toxicity, as they require a large test volume and/or long measurement duration, while utilizing organic dyes as indicators that are not biocompatible.
The in vitro NP PCA test for NADH oxidation is intended to evaluate the nanomaterial photo-toxicity potency when exposed to an ultraviolet (UV) light.
1 Scope
This document specifies a method for the measurement of the photocatalytic activity (PCA) of nanoparticles (NPs), suspended in an aqueous environment in physiologically relevant conditions, by measuring the ultraviolet (UV)-induced nicotine adenine dinucleotide hydrate (NADH) oxidation.
The measurement is intended to assess the potential for the photo-toxicity of nanomaterials. The method is also applicable to NP aggregates and agglomerates.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO/TS 80004-1, Nanotechnologies — Vocabulary — Part 1: Core terms
- ISO/TS 80004-2, Nanotechnologies — Vocabulary — Part 2: Nano-objects
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/TS 80004-1, ISO/TS 80004-2 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
3.1 Terms and definitions
3.1.1
actinometry
method to measure the number of photons integrally or per unit of time
3.1.2
catalytic activity
property of a component corresponding to the catalysed substance rate of conversion of a specified chemical reaction, in a specified measurement system
[SOURCE:ISO 18153:2003, 3.2, modified — The notes have been deleted.]
3.1.3
oxidation
chemical reaction accompanying a gain of oxygen, loss of hydrogen of an organic substrate or loss of one or more electrons from a molecular entity
3.1.4
NADH equivalent specific PCA
PCA measured as the NADH photo-oxidation (3.1.5) rate per unit weight of nanoparticles
3.1.5
photo-oxidation
oxidation reactions induced by light
3.2 Symbols and abbreviated terms
| DIW | deionized water with ≥ 18 MΩ·cm resistivity |
| NADH | nicotine adenine dinucleotide hydrate |
| NaOH | sodium hydroxide |
| 2NB | 2-nitrobenzaldehyde |
| NP | nanoparticle |
| PB | phosphate buffer |
| PCA | photocatalytic activity |
| ROS | reactive oxygen species |
| ti | trans-illuminator |
| TiO2 | titanium dioxide |
| UV | ultraviolet |
| UV-Vis | ultraviolet and visible |
| Ac(i,j) | phenolphthalein absorbance before exposure to trans - illuminator UV irradiation in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 10, 11) |
| Ae(i,j) | phenolphthalein absorbance after exposure to trans - illuminator UV irradiation in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 10, 11) |
| ΔA(i,j) | change in phenolphthalein absorbance after exposure to trans-illuminator UV irradiation in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 10, 11) |
| ΔAa | average change of phenolphthalein absorbance over all wells before and after UV irradiation by using a UV trans - illuminator |
| C0 | starting concentration of the NP suspension for a dilution series of test solutions; the suspension absorbance at 310 nm or 365 nm (depending on the used UV trans - illuminator) is 1,4 < A < 1,6 |
| C(i,j) | light intensity correction factor of each well, which accounts for the UV irradiation intensity variation of the UV trans - illuminator at the location of each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 8, 9) |
| IF,0(i,j) | NADH fluorescence intensity measured before UV irradiation in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 8, 9) |
| IF,t (i,j) | NADH fluorescence intensity measured following the UV irradiation of t duration by using a UV trans - illuminator in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 8, 9) |
| kapp(i,j) | apparent NADH photo-oxidation rate in each well, expressed in μmol/min (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 8, 9) |
| λexc | excitation wavelength used to record fluorescence in multiple well plate readers |
| λems | emission wavelength used to record fluorescence in multiple well plate readers |
| A λ(max) | maximum absorbance of NP suspension in a wavelength range from 300 nm to 800 nm |
| λ(max,TI) | wavelength at which a UV trans - illuminator provides the maximum intensity of light |
| S(i,j) | slope of the NADH fluorescence intensity versus the UV irradiation time in each well (i = B, C, D, E, F, G; j = 2, 3, 4, …, 8, 9) |
| Sc(i,j) | S(i,j) corrected for the trans-illuminator light intensity variation at each well |
| b | slope of kapp versus NP concentration in the linear range, expressed in units of mmol/min⋅g |
Bibliography
| 1 | ISO 10676, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for water purification performance of semiconducting photocatalytic materials by measurement of forming ability of active oxygen |
| 2 | ISO 10678, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Determination of photocatalytic activity of surfaces in an aqueous medium by degradation of methylene blue |
| 3 | ISO 18153:2003, In vitro diagnostic medical devices — Measurement of quantities in biological samples — Metrological traceability of values for catalytic concentration of enzymes assigned calibrators and control materials |
| 4 | ISO 20507:2014, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Vocabulary |
| 5 | Friehs E., AlSalka Y., Jonczyk R., Lavrentieva A., Jochums A., Walter J.-G., Stahl F., Scheper T., Bahnemann D. Toxicity, phototoxicity and biocidal activity of nanoparticles employed in photocatalysis. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2016, 29, pp. 1‒28 |
| 6 | Lee N.A., Kim S.J., Park B.J., Yoon H.M., Yoon M., Chung B.H., Song N.W. Development of multiplexed analysis for the photocatalytic activities of nanoparticles in aqueous suspension. Ptotochem Photobiol Sci. 2011, 10, pp. 1979‒1982 |
| 7 | Taurozzi J.S., Hackley V.A., Wiesner M.R. A standardized approach for the dispersion of titanium dioxide nanoparticles in biological media. Nanotoxicology. 2013, 7(4), pp. 389‒401 |
| 8 | Gelman A., Carlin J., Stern H., Dunson D., Vehtari A., Rubin D. Bayesian Data Analysis. Chapman & Hall/CRC, Boca Raton, FL. 3rd edition, 2013 |
| 9 | Lunn D., Spiegelhalter D., Thomas A., Best N. The BUGS project: Evolution, critique and future directions. Statistics in Medicine. 2009, 28(25), pp. 3049‒3082 |
| 10 | Koepke A., Lafarge T., Possolo A., Toman B. NIST Consensus Builder: User’s Manual. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2017. Available from: https://consensus.nist.gov/NISTConsensusBuilder-UserManual.pdf |
| 11 | Koepke A., Lafarge T., Possolo A., Toman B. Consensus Building for interlaboratory studies, key comparisons, and meta-analysis. Metrologia. 2017, 54(3), S34–62 |